Технология добычи полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов - Ржевский В.В.
Скачать (прямая ссылка):
В настоящее время разработано много теоретических и эмпирических формул, позволяющих аналитически получать направление и мощность вдольберегового потока наносов. Они находят широкое применение в инженерных расчетах, связанных с решением вопросов заносимости акваторий, каналов, прогнозирования размыва и деформации берегового подводного склона. Однако разработанные формулы не являются достаточно корректными и применимы скорее для расчета возможного порядка искомых ^величин, чем для точной оценки их значений.
Как правило, для производства расчетов требуется большая подготовительная работа по обобщению гидрометеорологических данных, а сами расчеты достаточно трудоемки, особенно когда приходится рассчитывать много опорных точек. Тем не менее важно подчеркнуть то, что сейчас уже намечен подход к выявлению качественных и количественных характеристик связи параметров динамики водных масс с взаимодействующими с ними донными осадками. Ниже приводится описание одного из распространенных методов расчета, впервые предложенного И. Мунх-Петерсоном и В. Г. Глушковым, впоследствии дополненного и усовершенствованного рядом авторов [17].
Сущность метода состоит в суммировании энергии ветра, передаваемой водной среде и распределенной по географическим румбам через 45° или по полурумбам через 22,5°. Составляющая потока энергии по каждому румбу или полурумбу выражается формулой вида:
с — pWnDm, (2.11)
где р — повторяемость ветра в пределах данного румба, в долях единицы или %; W — осредненная скорость ветра, м/с; D — длина разгона ветра над водной поверхностью, км; пит — показатели
степени, различные в разных условиях и у разных авторов.
Например, по наиболее распространенному методу Кнапса [51 ], румбовая составляющая энергии ветровых волн подсчитывается по несколько видоизмененной формуле
е = р\У*УШ, (2.12)
где k — коэффициент полноты румбового сектора, т. е. отношение ко всему сектору активной его доли (за вычетом части, приходящейся на береговой ветер или относящейся, к наносодвижущей силе с другим знаком).
Геометрическое суммирование этих составляющих, вычисленных для определенного, заданного периода или за осредненный год, дает суммарную энергию ветра, передаваемую водной поверхности за соответствующий период:
? = ? е = '2ipWnDm. (2.13)
Размерность суммарной энергии и ее составляющих дается почти всеми авторами в условных единицах. Исходя из этого уравнения, определяется вдольбереговая составляющая потока энергии волн, пропорциональная суммарной энергии ветра, называемая наносодвижущей силой Г, и нормальная составляющая —си л а прибоя В (рис. 2.6). Наносодвижущие силы, направленные вправо Тп или влево Тл от нормали к берегу (смотря с берега), учитываются раздельно. Сумма абсолютных значений Тп и Тл называется размахом миграций наносов.
Силы Т и В определяются как суммы румбовых наносодвижу-ших t или прибойных Ь сил. Наносодвижущим силам, направленным вправо, присваивается знак «-{-», влево «—».
Таким образом:
тп=^п; тл=^л; B=Y±b-
Румбовые составляющие наносодвижущей силы определяются посредством умножения соответствующей энергии е по румбу на угловую функцию / (а)', учитывающую влияние угла а между направлением ветра и береговой линией.
Кнапсом предложена угловая функция f (а), основой которой является 2 sin a cos а (рис. 2.7). Максимальное значение / (а), равное 1, получается при а = 45°, а нулевое — при а = 0 и а = = 90°. Но так ка*<1здольбереговые ветры оказывают некоторое влияние на перемещение наносов, Кнапс дополнил кривую
Рис. 2.6. Разложение вектора суммарного потока энергии ветровых волн на наносодвижущую Т и прибойную В силы:
а — угол направления ветра с береговой линией; V — угол направления ветра с нормалью к берегу
п 20 40 ВО 80 too 120
Рис. 2.7. Диаграмма коэффициентов связи энергии ветровых волн с наносодвижущей силой и прибойной силой (а и 7 — углы, соответствующие рис. 2.6)
2 sin а cos а касательной к ней, начиная от а = 120°. Также проведена касательная к кривой cos у или sin а. Ордината | на рис.2.7 дает значение / (a), a rj — значение sin а или cos у, на которые и умножаются соответственно румбовые составляющие энергии, чтобы получить румбовые наносодвижущие силы и силы прибоя
t = е% = pW3 УШТ, (2.14)
Ь = er) = pW3 УТЩ. (2.15)
Чтобы избежать оперирования длинными цифрами, в формулы вводится коэффициент 1/1000 и получается размерность в килоединицах.
Далее определяется Т — 2/, В — ?6, вектор Е решением прямоугольного треугольника Е = YTZ + В2 и угол у из отношения у = arctg А = I Тп | + 1 Тл I .
Суммируя отдельно положительные и отрицательные t, находим Тп и Тл. При плавном изменении направления берега, без наличия выступающих мысов или дополнительных источников
питания наносами (например, рек) рекомендуется разбить весь
